Автор: Инженер-механик, подполковник Виктор Коломейцев, выпускник Военной Воздушной инженерной академии имени профессора Н. Е. Жуковского в городе Москве в 1983 году.
Адрес:
Kyrgyzstan Bishkek city, 720065
Microdistrict Vostok-5, Home 3 appart. 15.
Tel: (00) 996 312 293928.
E-mail: victork41@netmail.kg
victork41@gmail.com

Глубоководные исследования мирового океана.

В России, каждый человек знает сказку А. С. Пушкина «О рыбаке и рыбке». Золотая рыбка исполняла все просьбы старика, только последнею просьбу не исполнила, не сделала старуху владычицей морской. Почему? Для того чтобы владеть морскими глубинами, необходима способность вести жизнедеятельность во всем диапазоне морских глубин от 0 до 11 000метров. Ни одно живое существо на это не способно без технической защиты от воздействия высокого давления водной среды с увеличением глубины. Для решения технических проблем необходимо не волшебство, а знания и изобретательность. Люди давно используют мировой океан в своих целях: для добычи продуктов питания и транспортных перевозок. Но изучать мировой океан начали сравнительно недавно. Первая попытка исследовать сам океан и его дно была сделана британской экспедицией на «Челленджере» (1872–1876).

Настоящий прогресс в исследованиях, однако, начинается лишь после окончания второй мировой войны, когда в изучении океана приняли участие военно-морские силы различных стран. В это же время получили поддержку многие океанографические станции. Ведущая роль в этих исследованиях принадлежала США и СССР; в меньших масштабах подобные работы проводили Великобритания, Франция, Япония, Западная Германия и другие страны. Примерно за 20 лет удалось получить довольно полное представление о рельефе океанического дна. На опубликованных картах рельефа дна вырисовывалась картина распределения глубин. Большое значение приобрели также исследования дна океана с помощью эхозондирования, при котором звуковые волны отражаются от поверхности коренных пород, погребенных под рыхлыми осадками. Сейчас об этих погребенных отложениях известно больше, чем о породах континентальной земной коры. Большим шагом вперед в исследованиях океана явилась разработка глубоководных погружаемых аппаратов с иллюминаторами.

В 1960 Жак Пикар и Дональд Уолш на батискафе «Триест-I» осуществили погружение в самой глубокой из известных областей океана – «пучине Челленджера» - Марианская впадина (глубина в 11 030метров) в 320 км к юго-западу от острова Гуам. Глубоководные аппараты типа батискаф («Триест», «Триест-2», «Архимед») имеют большой вес и не обладают плавучестью. Для создания плавучести они снабжены специальными поплавками заполненные бензином массой в 70 тонн. «Ныряющее блюдце» Жак Ива Кусто оказалось наиболее удачным среди аппаратов подобного типа; с его помощью удалось открыть удивительный мир коралловых рифов и подводных каньонов до глубины 300 м. Другой аппарат, «Алвин», спускался до глубины 3650 м (при проектной глубине погружения до 4580 м) и активно использовался в научных исследованиях.

Но самыми удачными являются российские мини субмарины «Мир-1» и «Мир-2» с наибольшей глубиной погружения до 6 000 метров. Высокою популярность эти глубоководные аппараты приобрели благодаря Голливуду, когда на экраны вышел самый дорогой в истории кино фильм «Титаник». Аппаратов, способных, как "Мир", опускаться на глубину в 6 000 м с людьми на борту, всего 5 - по одному в США, Франции и Японии, а у не щедрой по отношению к науке России два, к тому же лучших. Это утверждают даже кинематографисты. "Мир-ы" просто уникальны. Они дольше находятся под водой. У них больше запас энергии для освещения. Французский, японский или американский агрегаты и близко не сделали бы того, что мы вытворяли на "Мир-ах", - убежден режиссер фильма "Титаника" Джеймс Камерон. Но как не были бы совершенны глубоководные мини субмарины, они не могут выполнить большой объем работ по исследованию мирового океана. Малая грузоподъемность и малый объем не позволяют на них поместить достаточное количество научной аппаратуры, а малый запас электрической энергии не позволяет длительное время находиться под водой. Например, «Мир» может работать на глубине в 4 000 метров только 20минут. И все эти аппараты не могут самостоятельно перемещаться по морской поверхности. То есть за одно погружение можно исследовать небольшой объем водной среды и очень небольшую площадь поверхности дна. Происходит такое точечное исследование мирового океана.

Знания о мировом океане необходимы, и соответственно возникает острая необходимость более широкого использования богатств мирового океана для нужд человечества. Для этого необходимо иметь под водой не только «глаза» и «уши», но и мощные «руки», которые будут способны выполнять различные механические и другие работы. Таким образом, для изучения и освоения мирового океана необходимы подводные аппараты с большим объемом и грузоподъемностью, способных работать в широком диапазоне глубин.

В 2006году общественность России отметила столетний юбилей российского подводного флота. На протяжении этих лет российские инженеры работали над созданием подводных аппаратов, что позволило России стать одной из ведущих стран в области подводного судостроения. Но, к большому сожалению, подводный флот, не только России, но и других стран мира, является военным флотом, предназначенным для уничтожения надводных и подводных кораблей и для нанесения стратегических ядерных ударов. Ни одна страна мира не имеет большой научно-исследовательской подводной лодки из-за высокой их стоимости. Стоимость дизельной подводной лодки с использованием топливных элементов приближается к 1,5 млар. Евро (подводные лодки 31 проекта производства компании Howaldtswerke - Deutsche Werft, Германия). Современные подводные лодки большого размера имеют глубину погружения около 600 метров, а в таком диапазоне глубин для изучения океана используются более дешевые автоматические, привязные подводные аппараты. Добыча полезных ископаемых (нефти и газа) ведется с поверхности с использованием плавучих платформ, которые подвергаются воздействию штормов, высоких волн-убийц, льдов.

Но при увеличении глубин эти методы изучения и использования океана становятся очень дорогими и не эффективными. С помощью современных сонаров на глубине в 20 метров можно обнаружить монету. А потерпевшую катастрофу подводную лодку «Курск» на глубине 100 метров зная район ее гибели, искали более суток и обнаружили по магнитной аномалии. Площадь океана в два раза больше площади суши – это еще две планеты, точнее – два наших мира. 72% площади мирового океана имеет глубины от 3 000 до 6 000 метров. Поэтому необходимо использовать обитаемые подводные аппараты и буровые платформы. Но здесь возникают технические проблемы, связанные с созданием мощного прочного корпуса подводного аппарата большого объема. Например, для подводной лодки «Комсомолец», которая достигла рекордной глубины в 1 020 метров, был построен прочный корпус из титанового сплава, и стоимость лодки достигла рекордной суммы в 17 млар. долларов США в ценах 80-х годов прошлого века. Современная подводная лодка подобного класса с глубиной погружения 400 метров имеет стоимость около 2,5 млар. долларов.

Описание изобретения:

Мной разработан принципиально новый тип корпуса подводной лодки любого размера, который позволит ей погружаться на любую глубину больше 10 000 метров и достичь максимальной глубины в 11 020 метров. Глубина Марианской впадины, максимальная глубина мирового океана. Расчеты проводились для лодки с внутренним диаметром 6 метров, длина может быть любой. Отношение веса корпуса к полному водоизмещению в этом случае составит около 65%, а для лодок с глубиной погружения до 1 000 метров – 25-30% и до 4 000 метров – 38%. Это один из важнейших показателей качества подводной лодки. Современные подводные лодки имеют этот показатель в приделах 45-60% и глубину погружения 400-800 метров. Правильность моего изобретения подтвердили инженеры крупной европейской судостроительной компании, занятой постройкой подводных лодок.

За основу для разработки нового корпуса морского технического устройства мною была использована концепция конструкции каменного арочного моста и перекрытия, которая используется человечеством уже более 2 000 лет. Она использована в арочных конструкциях акведука и Колизея в Риме, христианских храмов (собор Петра и Павла), арочных каменных мостов (Карлов мост - в Праге). Эти сооружения прошли испытание временем и большими нагрузками. Я только адаптировал данную концепцию к корпусу подводной лодки и выбрал материалы для его элементов.

На Рис.I показано поперечное сечение корпуса, состоящее из модулей (1) клинообразной формы в поперечном сечении собранных в общий пакет и отделенные друг от друга тонкими разделительными пластинами (2). Пакет модулей охватывает внешний контур (3). Внешний контур выравнивает нагрузку от сил давления внешней среды на модули и воспринимает нагрузку от силы веса конструкции. Модули, воспринимая нагрузку от силы давления внешней среды, трансформируют ее в окружную (тангенсальную) силу сжатия между собой. Разделительные пластины изготавливаются из материалов, имеющих значительно больший коэффициент твердости и модуль упругости по сравнению с материалом модулей. Разделительные пластины выравнивают нагрузку сил сжатия, воздействующую на боковую поверхность модуля (по всему телу модуля). Толщина разделительных пластин выбирается из их способности выравнивать нагрузку сжатия и способности препятствовать влиянию деформации или локальных мест разрушения модуля на соседние модули, а так же проникновения материала одного модуля в тело другого. Такая концепция конструкции позволяет элементам корпуса не терять устойчивость, а работать на разрушение. Особенно при малом угле клиновидности модулей около 1 градуса. В этом заключается ноу-хау моего изобретения. Во всех существующих арочных конструкциях, из-за несовпадения средней линии тела арки с линией давления от внешней нагрузки, возникают изгибающие моменты, что приводит к потере устойчивости отдельных элементов и конструкции в целом. «В правильной круглой арке, в которой средняя линия тела арки совпадает с линией давления от внешней нагрузки, возникают только напряжения сжатия и в статическом состоянии не возникает изгибающий момент. Изгибающий момент возникает только в динамическом состоянии» (Строительная механика). Такое же утверждение справедливо и для колец.

На Рис.II представлен модуль с обозначением его геометрических параметров.

a – минимальная толщина модуля,
b – максимальная толщина модуля,
H – высота модуля,
A – угол клина.

В строительной практике, при создании арочной конструкции из отдельных клинообразных элементов, когда на арку действует только вертикальная нагрузка от силы веса конструкции расположенной выше арки, применяются искусственные методы для создания требуемой конфигурации линии давления от внешней нагрузки. Поэтому каменные арочные мосты по краям арки имеют большую надстройку. На корпус подводной лодки действуют силы от давления водной среды направленные строго по радиусу, что приводит к полному совпадению средней линии тела корпуса с линией давления. Во всех существующих арочных конструкциях состоящих из отдельных клинообразных элементов между этими элементами находится скрепляющий известковый раствор, который никогда не рассматривается как разделяющий элемент. Хотя в старых каменных арочных конструкциях часто наблюдается такое явление, как разрушение отдельных камней от длительного действия нагрузки, погодных условий, но при этом затвердевшая прослойка известкового раствора остается целой. Это наблюдение привело меня к мысли, что затвердевший известковый раствор исполняет роль разделительного элемента, который значительно повышает прочность конструкции. Поэтому старинные каменные арочные конструкции (мосты, перекрытия) выдерживают огромную нагрузку в течение тысячелетий. У них огромный запас прочности за счет разделительных элементов.

Чтобы лучше представить процесс работы конструкции исключим разделительные пластины и одну половину количества модулей изготовим из углепластика, а для второй половины используем другой материал – сталь. Чередуя модули из углепластика со стальными модулями, соберем корпус Рис.III.

Для модулей выберем угол клиновидности в один градус. При воздействии на модули окружных (тангенсальных) сил сжатия, модули из углепластика, имеющие более низкий максимально допустимый предел прочности на сжатие, чем стальные модули, будут разрушаться при максимально допустимом давлении внешней среды. Но такая конструкция будет иметь недопустимо большой вес, поэтому в конструкции стальные модули уменьшены до толщины разделительных пластин. Что такое корпус современной подводной лодки? Это консервная банка, если его уменьшить до ее размеров, подкрепленный из нутрии силовым набором – шпангоутами и стрингерами. Конечно, для корпуса подводной лодки используется лучшая сталь или титановые сплавы. Попробуйте нажать пальцем на стенку консервной банки, и она прогнется, отпустите, и стенка займет прежнее положение. Возьмите стальную пластину толщиной один миллиметр, размером 10 Х 10миллиметров, с легким изгибом и попробуйте сжать ее плоскогубцами. Она легко согнется, то есть потеряет устойчивость, но при этом не разрушиться. Возьмите часть (сегмент) стенки, толщиной 5-7мм, пластиковой трубы с углом 30 градусов и попробуйте так же сжать. Она легко разрушиться. А возьмите пластиковую телефонную карту, приложите к карте с обеих сторон стальные пластины, чтобы не было на нее воздействия зубцов губок плоскогубцев, и попробуйте уменьшить ее толщину. Не получилось. Что такое модуль в предлагаемой конструкции? Для корпуса с внутренним диаметром 6метров и высотой модуля Н=800 мм, это стандартная дверь в Вашу квартиру, только с углом клиновидности в один градус. То есть, правая сторона двери толще левой на полтора сантиметра. Положите дверь на пол и мысленно положите на нее груз, чтобы ее раздавить. Необходим огромный груз.

Если в предлагаемой ранее конструкции, состоящей из композиционных и стальных модулей, выберем угол клиновидности 30-45 градусов, то композиционные модули будут терять устойчивость при значительно меньших нагрузках. Композиционный материал модулей будет выдавливаться наружу, как сжатый в ладони руки пластилин, будет происходить его расслаивание. Но это только теория, мои умозаключения, необходим эксперимент. Может, это все не надо было писать, но я хочу, чтобы Вы, уважаемый читатель – представитель мировой общественности, не обладающий специальными знаниями, поняли смысл моего изобретения. В предлагаемой мной конструкции отдельные элементы не теряют устойчивость, то есть не деформируются, а при достижении максимально допустимой нагрузки на корпус происходит разрушение материала, из которого они изготовлены. Такие нагрузки значительно больше нагрузок, при которых отдельные элементы корпуса или корпус в целом теряют устойчивость, что в дальнейшем приводит к гибели подводной лодки.

Если для постройки корпуса подводной лодки с внутренним диаметром 6метров использовать модули с углом клиновидности один градус, из композиционного материала с максимально допустимым пределом прочности на сжатие 900 Мн/м2 (90 кг/мм2), с плотностью 1 520 кг/м3 и высотой H = 800 мм, то есть толщина стенки корпуса составит 820 мм. (Современная подводная лодка, таких же размеров имеет толщину обшивки – стенки 80 мм.) Минимальная толщина модуля составит: а=52 мм, а максимальная – b=65 мм. Для разделительных пластин использовать сталь или титановый сплав с высокими модулем упругости и коэффициентом твердости толщиной 1мм, внешний контур выполнить из титанового сплава или стали толщиной 20 мм. (Возможно, внешний контур можно делать в несколько раз тоньше.) Максимально допустимая глубина погружения подводной лодки составит 12 000 метров, а вес корпуса составит около 65% от полного веса лодки. Если высоту модуля выбрать H=300 мм, следовательно, толщина стенки корпуса будет 320 мм. Параметры модуля: а=52 мм, b=58 мм. Максимально допустимая глубина погружения подводной лодки составит 4 000м, а вес корпуса составит около 38% от полного веса лодки. У современных подводных лодок отношение веса корпуса к полному весу лодки составляет 45-60%, а глубина погружения 400-800 м.

Таким образом, предлагаемая концепция позволяет перейти от традиционной тонкостенной конструкции корпуса подводной лодки с подкрепляющим силовым набором к толстостенной конструкции. Предложенная мной конструкция корпуса позволяет, используя облегченные модули, создавать корпуса с очень толстые стенки и очень легкие. Удельный вес корпуса может быть меньше удельного веса морской воды, то есть полностью затопленный корпус будет плавать. Внутренний диаметр корпуса подводной лодки может быть увеличен при этом, чтобы сохранить заданную глубину погружения, необходимо пропорционально увеличить высоту модулей, а отношение веса корпуса к весу лодки останется неизменным.

Продвижение изобретения и отзывы специалистов.

Для продвижения своего изобретения, я обратился в самую крупную и единственную на рынке подводных лодок немецкую компанию Howaldtswerke-Deutsche Werft (HDW), Thyssen&Krupp Marine Systems. Правильность моего изобретения подтвердили Филипп Шон – военно-морской архитектор, военно-морской коммерческий менеджер и Питер Хаусхильд – директор немецкого, морского подразделения исследований и развития, проектирования подводных лодок Howaldtswerke-Deutsche Werft (HDW), Thyssen&Krupp Marine Systems, Германия. Я имел с ними встречу 16 мая 2005 года в городе Сингапуре. Но данная компания не занята в создании и строительстве подводных объектов глубокого погружения, она строит только боевые подводные лодки, вооруженные торпедами для цели обороны, поэтому отказалась от сотрудничества:

Dear Viktor,
sorry for coming back to you so late, but we had some lengthily discussions over the last days regarding how to proceed. Unfortunately Peter fully understood your idea and the answers he gave are still valid.
Your concept is very interesting and might be a good solution for submarines of the superpowers. Their nuclear powered missile submarines might be in the need to go as deep as possible with your concept. In these depths they would be for the time being "invulnerable" and a very well hidden asset.
HDW is the undistributed market leader for conventional submarines. Such submarines are not required to go as deep as it would be possible with your invention. Therefore we have to neglect the possibility to further look into this direction.
Best regards, I hope for you understanding
Philipp.

Дорогой Виктор,
Сожалею, что вернулся к вам столь поздно, но мы долго обсуждали проект. К сожалению, Питер поздно понял вашу идею и ответы, которые он дал раньше остаются в силе.
Ваша концепция очень интересна и могла бы быть хорошее решение к субмаринам супердержав. Субмарины с ядерными ракетами могли бы идти на максимальную глубину, как это возможно по вашему проекту. На таких глубинах они были бы неуязвимы и являлись хорошо скрытым активом.
HDW - нераспределенный рыночный лидер для обычных субмарин. Наши субмарины не требуют, чтобы идти столь же глубоко, как это было бы возможно с вашим изобретением. Поэтому мы должны пренебречь возможностью далее изучать это направление.
Лучшие пожелания, я надеюсь на Ваше понимание.
Филипп.

Так же, правильность моей идеи подтвердил господин Тед Броккет (Ted Brockett), вице-президент компании «Sound Okean Systems, Inc» США (P.O. Box 2978 Redmond, WA 98073-2978 Phone: 425-869-1834 Cell: 425-922-7273 Fax: 425-869-5554), занятой производством оборудования для морского транспорта и исследования океана.

Послесловие Автора.

Сегодня большие подводные лодки, имеющие на борту независимые электрические станции – это 100% боевые подводные лодки, то есть это оружие, предназначенные для уничтожения надводных и подводных судов, а так же городов и стран. И составляют значительную часть стратегических наступательных сил США, России, Франции и Великобритании. Если на основе моего проекта построить подводный крейсер, вооруженный крылатыми ракетами или ракетами тактического назначения, имеющими дальность стрельбы от 300 до 500 километров. Например, подводный крейсер типа «Огайо» (США) или «Проект 955» «Борей» (Россия) может иметь на борту более 100 таких ракет. А так же оснащенный ядерной энергетической установкой, способный достигать глубины погружения больше 1000 метров, а тем более в 6 000 метров, то такой крейсер будет очень сложно обнаружить и не возможно уничтожить современными средствами поражения стоящими на вооружении военно-морских сил. 72% площади мирового океана имеет глубины от 3 000 до 6 000 метров. Самая современная торпеда – МК-48 (модернизированная) производства США имеет наибольшую глубину погружения в 3000 футов (915метров), а применение глубинных бомб не актуально, так как за время погружения бомбы подводный крейсер будет на значительном удалении (более 1 морской мили) от зоны поражения. Такой подводный крейсер может лечь на грунт в любой точке мирового океана и затаится. Так же значительно возрастает скрытность подводного крейсера, так как новая конструкция корпуса позволяет уменьшить до нуля испускание шумов и электромагнитного излучения от работающих механизмов и электрических систем. Новый корпус будет почти полностью поглощать внешнее ультразвуковое излучение, с помощью которого происходит активное обнаружение подводных лодок и наведение торпед на цель.

Ракетные крейсеры такой конструкции представляют значительную угрозу для стран, где большие глубины океана подходят близко к береговой черте, а экономические, политические центры (города) этих стран расположены на малом удалении от береговой черты. Например, город Лос-Анджелес США. Атаку можно будет производить из района территориальных вод атакуемой страны. Полетное время ракет до цели сократится до 5 – 10минут. Самыми уязвимыми в этом отношении являются такие страны, как США, Великобритания, Франция, Германия, Япония, Канада, Австралия. Даже применение ракет с обычными боевыми зарядами по политическим и экономическим столицам этих стран, может привести к серьезным изменениям в мировой политике и экономике. При этом страна, которой принадлежит подводный крейсер, сохранить инкогнито. Пример – 11 сентября 2001 года.

Такие страны как Россия, Китай не столь уязвимы, так как более слабые в экономическом развитии и жизненный уровень их граждан значительно ниже, поэтому эффект атаки на них не будет столь значительным. Подводные лодки вооруженные торпедным оружием могут смело и открыто атаковать самые мощные военные, морские группы надводных и подводных кораблей любого государства, включая и США. То есть они будут безраздельно господствовать в мировом океане и влиять на транспортные и пассажирские морские перевозки. Это терроризм в мировом масштабе. Государство или группа лиц, которые будут обладать таким стратегическим оружием, получат военное превосходство над другими странами. Это может привести к возобновлению гонки вооружений, которая имела место в ХХ веке между супер державами (США и СССР). Надеюсь, что этого не произойдет. Выгоднее с политической и экономической стороны взять под контроль не создание и не строительство подводных крейсеров новой конструкции, чем после создавать новые системы обороны от них.

Глубоководные подводные лодки способны не только эффективно вести разведку дна мирового океана, но и имея на борту достаточный запас энергии, оснащенные манипуляторами, механизмами для эффективного перемещения грунта (ил, песок), могут оказать не заменимую помощь в подъеме затонувших кораблей. За последние 450 лет затонуло более миллиона кораблей, на некоторых перевозились весьма ценные грузы, а некоторые представляют значительную историческую ценность.

Предложенная мною конструкция корпуса подводных аппаратов может найти широкое применение при строительстве подводных и подземных транспортных туннелей. Например, для создания подводной транспортной магистрали между материком и островом Сахалин, полуостровом Камчатка. Экспериментальный туннель может связать остров Русский с материком. Правительство Испании приняло решение о строительстве подводного транспортного туннеля под проливом Гибралтар. Но возникли непреодолимые трудности, связанные с мощным течением в проливе. Минимальная глубина пролива достигает 388 метров. Если туннель построить немного в стороне и на глубине в 600 метров, то он выйдет из зоны течения. Но современные конструкции не позволяют это сделать. Применение предлагаемой мною конструкции позволяет это сделать, без увеличения стоимости проекта в 6,5 миллиардов Евро. Так же предлагаемый проект не потребует дорогих материалов и технологий производства.

В дальнейшем стоимость нового корпуса подводной лодки, рассчитанного на глубину погружения в 12 000 метров, может быть существенно ниже стоимости существующих корпусов, имеющих глубину погружения 600-800 метров. Стоимость корпуса составляет весьма значительную часть стоимости подводной лодки. Подводные объекты, имеющие глубину погружения менее 1 000 метров, будут иметь стоимость близкую к стоимости наземных объектов аналогичного назначения. Например, транспортные туннели, буровые платформы, жилые и производственные «здания» морского базирования. Кстати, мое изобретение решает такую проблему, как теплоизоляции морских «зданий». Экспериментальное «здание» так-же может быть построено на острове Русский. Таким образом можно создавать целые города морского базирования на небольшом удалении от береговой черты (5-10км). Морские «здания» объединенные транспортным туннелем и соединенные с берегом. Такой город во время шторма может быть погружен под воду на глубину 100-150 метров и такие города защищены от землетрясений. Это актуально для Японии, Лазурного берега Франции.

В настоящее время правительства разных стран и деловые круги обращают внимание на изучение и освоение мирового океана, надеюсь, что мое изобретение окажет положительное воздействие на ход этих работ.

Примечание:

Редакция, оформление, информационная поддержка и продвижение:
Инженер - Механик С/Х Сергей Иванов © "The Russian Engineering".
Последнее обновление - Ноябрь 2007.